Ротор синхронной явнополюсной электрической машины

 

А.А,Дукштау, Ю.А.Дегусаров, Г

А.М.Сильвестров, С.А.Прутковс

А.Н.Лурье и В.С.фомиче (72) Авторы изобретения нцев, Рябов, Ленинградское электромашиност

"Электросила" им. С.M (7l) Заявитель (54) РОТОР СИНХРОННОЙ ЯВНОПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

МАШИНЫ

Изобретение относится к электромашиностроению1более конкретно к ро. торам синхронных явнополюсных электрических машин, например к роторам гидрогенераторов.

Из вест на синхронная я внополюсная: электрическая машина с шихтованным из сегментов ободом, у которой для улучшения формы генерируемого в об" мотке статора напряжения за сче снижения зубцовых гармоник полюса ротора размещены на периферии ротора неравномерно и образуют полюсные группы с равномерным расположением полюсов внутри групп и с расстояниями между крайними полюсами групп, отличающимися от междуполюсных рас" стояний на величину сдвига полюсных групп. Полюсные башмаки при этом 2о сдвинуты относительно серде :ниюв полюса и закреплены в пазах обода, равномерно расположенных по всеМу ободу, и в каждом сегменте обода пазы для полюсов выполнены с равными расстояниями друг от друга (1).

Недостатком этого устройства яв ляется сложность конструкции.

Наиболее близким к изобретению я вляет ся ротор синхронной я внополюсной электрической машины, например гидрогенератора, с шихтованным из сегментов ободом с групповым сдвигом полюсов, закрепленных в пазах обода, образованных соответствующими пазами, выполненными на внешней поверхности сегментов. Сегменты, образующие обод, имеют несколько видов: сегменты с равными расстояниями между пазами для полюсов и сегменты, одно из расстояний между пэзами которых отличается на величину сдвига полюсннх групп. Первый вид,сегментов имеет симметричное расположение пазов относительно оси сегмента, сегментывторого вида имеют как симметричное, так и асимметричное расположение пазов. Сеивенты размещен в слоях со

94399

3 сдвигом друг относительно друга в каждом последующем слое íà war, равный полюсному делению 2".1.

Недостатками указанной конструкции являются большое количество видов сегментов, применяемых для шихтовки обода, что требует соответственно большого количества дорогостоящих штампов, и необходимость дополнитель-! ных затрат на перенастройку прессов 1о при переходе от штамповки сегментов одного .вида к другому.

Цель изобретения - упрощение кон струкции ротора и повышение технологичности его изготовления. 15

Указанная цель достигается тем, что в роторе синхронной явнополюсной электрической машины с групповым сдвигом полюсов, содержащем обод, шихто ванный из сдвинутых относительнодруг, >о друга в каждом последующем слое сегментов, имеющих пазы для закрепления полюсов и выполненных с симметричным и асимметричным расположением пазов относительно оси сегмента, одно из расстояний между пазами в сегментах с асимметричным расположением пазов и перекрывающих граничную зону между группами полюсов отличается на величину сдвига полюсных групп, в зю граничной зоне между группамй полюсов расположены сегменты, представляющие собой зеркальные отображения сег ментов с асимметричным расположением пазов, образованные путем их поворота на 180, сегменты с асимметричным

35 расположением пазов и их зеркальные отображения размещены в разных слоях обода, причем количество видов сегментов обода определяется из сом отношения где К - количество видов сегментов;

P - число полюсов в сегменте, 45

d - коэффициент дробности в величине сдвига смежных слоев, равный знаменателю дробности.

При сборке сегментов со сдвигом в каждом последующем слое в одном на- 5О правлении сегменты могут быть размещены в граничной зоне между группами полюсов в последовательности по слоям

55 с-с -с — с ...с — с «.с — с — с — с .

О 1 1 Ъ" 11 и"

При сборке сегментов со сдвигом в части слосв в разных направлени1 ф ях сегменты размещены в граничной зоне между группами полюсов в последовательности

О С1 CVC3„.сп С1.—,С2 С Сп-co) где Со - сегменты с равномерным расположением пазов

С„; С,С,...C„- сегменты с асимме ричнйм расположением пазов;

С„;С,.C3.- en- сегменты с асимметричI, 1, I 1 ным расположением пазов, повернутые на 180о.

На фиг. 1 изображена часть ротора синхронной электрической машины с шихтованным ободом и групповым сдвигом полюсов; на фиг ° 2 - сегмент обода ротора с равномерным расположением пазов,для полюсов; на фиг. 3сегмент обода ротора с асимметричным расположением пазов для полюсов; на фиг. 4 - сегмент ротора с асимметричным расположением пазов, представляющий зеркальное изображение сегмента, изображенного на фиг. 3; на фиг. 5размещение сегментов обода при укладке со сдвигом в слоях в одном направлении на целое число полюсных делений; на фиг.6 — размещение сегментов обода при укладке со сдвигом в слоях в одном направлении на дробное число полюсных делений; на фиг. 7размещение сегментов обода при укладке со сдвигом части слоев в разных направлениях на дробное число полюсных делений; на фиг. 8 - размещение сегментов обода в развертке с указанием расположения пазов, отверстий для стяжных шпилек и калибров при сборке.

Ротор синхронной явнополюсной электрической машины содержит шихтованный обод 1 (фиг. 1), собранный в кольцо из сегментов 2 и 3 с пазами 4 на внешней поверхности сегментов, в которых закреплены полюса

5 с помощью хвостовиков б. Сегменты

2 выполнены с равными расстояниями

Ii между пазами для полюсов (фиг. 2).

Сегменты 3, размещенные в граничной зоне между полосными группами, имеют одно из расстояний между пазами для полюсов Т,отличающееся от междуполюсного расстояния I,1 на величину сдвига полюсных групп h, т.е. i =С + и (фиг. 3 и 4). Сегменты

2 с равными расстояниями между пазами 4 для полюсов выполнены с симметричным расположением пазов Отно» сительно оси сегмента 0-0 (фиг. 2).

5 9439

Сегменты 3 выполнены с асимметричным расположением пазов относительно оси сегмента 0-0 (фиг. 3 и 4).

8 граничной зоне между группами полюсов размещаются сегменты, имею- 5 щие одно из расстояний между пазами с,1, отличающееся от междуполюсных расстояний Г,1 на вепичину сдвига групп полюсов, выполненные только с асимметричным расположением . 10 пазов относительно оси сегмента 0-0.

При этом уменьшается число форм сег- ментов, размещаемых в граничной зоне между группами полюсов. Например, при применении сегментов с четырьмя 15 пазами в известном роторе (23 потребовалось бы использовать 4 формы сегментов и соответственно для их изготовления - 4 вида штампов.

8 предлагаемом роторе потребуется m только 2 вида штампа, так как ис.ключается форма сегмента с неравномерным расположением пазов, но с симметричным расположением их относительно оси сегмента (где ось сег- 25 мента проходит через середину меж полюсного расстояния q, а сегменты с асимметричным расположением пазов, имеющие одинаковую асимметричность относительно оси сег- зв мента, представляющие собой зеркальное изображение друг друга, изготавливают одним штампом.

При этом количество слоев сегментов между стыками, образованными при 35 сборке сегментов со сдвигом в каждом слое относительно друг друга на целое число полюсов, равно двум (фиг.Я.

Учитывая, что сегменты обода ротора штампуются из стальных листов толщиной 5-6 мм, при таком количестве слоев между стыками сегментов обеспечивается необходимая механическая прочность обода.

При необходимости увеличения коли- чества слоев сегментов между стыками можно осуществить при том же числе полюсов сдвиг сегментов в слоях на дробное число пазов, например, на 1 I/2 паза, как показано на фиг.б и 7. При пяти и шести полюсах в сегменте и сдвиге сегментов смежных сло" ев на целое число полюсов количество слоев между стыками равно четырем при семи и восьми полюсах - шес55 ти.

Сегменты, перекрывающие граничную зону между группами полюсов, с асимметричным расположением пазов

91 6 относительно оси сегмента и имеющие одинаковую асимметричность, образу-. ют пары сегментов, причем один из сегментов пары выполнен в виде зеркального изображения другого сегмента (фиг. 3 и 4).

Количество видов сегментов, необходимых для сборки обода, опреде" ляется в зависимости от числа полюсов в сегменте исходя из следующе" го соотношения:

) а

Р = Р+ —, l где К - количество видов сегментов

P - число полюсов в сегменте

3 - коэффициент дробности в величине сдвига сегментов смежных слоев, равных знаменателю дробности.

Изготовление ротора синхронной электрической машины включает в себя штамповку сегментов обода и их последовательную сборку в кольцо в несколько слоев со сдвигом сегментов смежных слоев относительно друг друга.

Для обода ротора штампуют сегменты нескольких видов: сегменты с равным расстоянием между пазами полюсов с симметричным расположением пазов относительно оси сегмента (фиг. 2) и сегменты с асимметричным относительно осей сегментов расположением пазов, имеющих одно из расстояний между.пазами, отличающимися от между попюсных расстояний на величину сдвига полюсных групп. Указанные сег.менты с асимметричным расположением пазов образуют пары с одинаковой асимметричностью, причем один из сегментов пары выполнен в виде зеркального изображения другого сегмента (фиг.; 3 и 4).8 указанных сегментах отверстия для крепящих шпилек 7 и сборочных калибров 8 выполнены с симметричным расположением относительно оси полюсного паза. Таким образом, обеспечивается возможность штамповки соответствующих пар. с одинаковой асимметричностью одним штампом.

Сборку сегментов обода в кольцо в несколько слоев со сдвигом сегментов в каждом слое: а целое число полюсов осуществляют следующим .Фразом.

Укладывают в кольцо первый слой из сегментов Со с равномерным расположением пазов (фиг. 5), при этом на граничной зоне между группами полюсов образуются стыки между со7 94399

30 где С - сегменты с равномерным расположением пазов, С1,С,C,...,Ñ; виды сегментов с асимметричным расположением пазов

С1,+,Cy С - сегменты с асимметричным расположением пазов, повернутые на 180.

Точность сборки сегментов обеспечивается установкой сборочных калиб55 ров в соответствующие отверстия 8 сегментов (фиг. 8). После укладки сегментов в несколько слоев и образова".i ния шихтованного обода они скрепляютседними сегментами. Укладывают второй слой сегментов со сдвигом на целое число полюсов. При этом в зоне расположения полюсных групп укладывают сегменты Сос равномерным распо- 5 ложением полюсов,. а в граничной зоне между группами полюсов с перекрытием ее укладывают сегменты с асимметричным расположением полюсов С, имеющие одно из расстояний между пазами, отличающееся от междуполюсных расстояний на величину сдвига полюс". ных групп. В последующих слоях, где в граничной зоне требуется уложить сегменты с одинаковой асимметрич ностью, сегменты разворачивают вокруг оси 0-0 на 180, образуя сегменты в виде зеркального изображения С,„.

При сборке сегментов с и числом 2о пазов со сдвигом в каждом последующем слое в одном направлении на це,лое число полюсов укладку сегментов, их поворот на 180о для образования сегментов в виде зеркального изобра- 25 жения осуществляют в граничной зоне между группами полюсов в последовательности по слоям

C-c-С- с, с-с „..-< -С -с „-cori р" Г где Со - сегменты с равномерным расположением пазов;

Ц,С,С,...,С „- виды сегментов с асимметричным располоением пазов, С С С ... С Виды сегментоВ поВернутых на 180, с асимметричным расположением пазов

При сборке сегментов с р числом полюсов в сегменте и со сдвигом в части. слоев в разных направлениях укладку сегментов, их поворот на

180 для образования сегментов в виде зеркального изображения осуществляют в последовательности по слоям

Со С ГС СЪ 0р С.;С вЂ” С . С -Со 45

1 8 ся стяжными шпильками, установленными в отверстия 7, после чего в полюсные пазы 4 устанавливаются и закрепляются полюса 5 ротора.

В приведенных примерах показаны варианты изготовления и сборки шихторанного обода ротора при наиболее оптимальном варианте, при числе пазов в сегменте Р=4, при сдвиге сегментов соседних слоев на целое и дробное число полюсов, при укладке сегментов в слоях в одном направлении и в разных направлениях.

Пример 1. При числе полюсов в сегменте Р=4 и сдвиге сегментов в слоях в целое число полюсов в одном направлении (фиг. 5) число штампов для изготовления сегментов равно

К= — =2. Двумя штампами изготовляют

Р

1 сегменты двух видов, с равномерным расположением пазов и с асимметричным относительно оси сегмента: расположением пазов, расстояние между двумя крайними пазами которых отличается на величину сдвига полюсных групп от междуполюсных расстояний.

Укладывают первый слой из .сегментов Со с равномерным расположением пазов. Затем со сдвигом на одно по" люсное деление по часовой стрелке укладывают второй слой, причем сегменты с равномерным расположением пазов С укладывают в зоне полюсных груп, а в,граничной зоне между группами полюсов с перекрытием ее укладывают сегменты с асимметричным расположением пазов С . В третьем слое сдвиr сегментов осуществляют в том же направлении на 2 полюсных деления, причем s граничной зоне сегмент с асимметричным расположением пазов разворачивают на 180о, образ„ я

t сегмент С в виде зеркального изображения,асимметричного сегмента С . граничной зоны, уложенного во втором слое. Четвертый слой повторяет первый и т.д. При этом расположении сегментов в граничной зоне в слоях имеет последовательность Со-С „-С„ -С . Затем осуществляется крепление сегментов обода стяжными шпильками и установка полюсов в пазы сегментов.

Пример 2. При числе полюсов в сегменте P=4 и сдвиге сегментов в слоях в одном направлении на дробное число полюсов (а=1 1/2). Количество штампов К=7г-- d = — - 2=4, при

Р

1 этом коэффициент дробности равен зна43991

5 о

15 гс

35 ао

5О

q-(-a) - d

Р+ 7

9 9 менателю дробности т. е. при m=3/2

d=2) .

Четырьмя штампами штампуют сегменты четырех видов (фиг. 6). Первый слой укладывают из сегментов с равномерным расположением пазов. С . Второй слой укладывают со сдвигом на

1 1/2 полюсных деления по часовой стрелке, при этом в граничной зоне между группами полюсов укладывают сегмент С с асимметричным расположением пазов и одним из расстояний

71, отличающимся от междуполюсных расстояний на величину сдвига групп полюсов. В третьем слое в граничной зоне укладывается сегмент Сп с асимметричным расположением пазов, в четвертом сегмент С, в последующих слоях граничной зоны укладываются соответственно асимметричные сегменты С, С, C представляющие собой о повернутые на 180 сегменты С, С1, С„. Восьмой слой повторяет первый

° и т.д.

При этом расположение сегментов в граничной зоне в слоях имеет последовательность —, -, - c,- cg .

О

Затем осуществляется крепление сегментов обода .стяжными шпильками и установка полюсов в пазы сегментов.

Пример 3. При числе полюсов в сегменте Р=4 и сдвиге сегментов в слоях в разных направлениях на дробное число полюсов (а=1 1/2), количество штампов К= — d = — . 2=4

Р 4 4

Я. Т (как в примере 2). Штамповка сегментов аналогична примеру 2.

Укладка сегментов производится следующим образом.

Укладывается первый слой из сегментов Со с равномерным размещением пазов. Второй слой сдвигается на 1 1/2 пазовых деления по часовой стрелке, при этом в граничной зоне между группами полюсов укладывается сегмент С с асимметричным.расположением пазов. В третьем и четвертом слое сегменты сдвигаются на 1 1/2 пазовых деления также по часовой стрелке, при этом в граничном слое укладываются сегмент С и и С с асимметричным расположением пазов. В пятом, шестом и седьмом слое сегменты укладываются со сдвигом на

1 1/2 пазовых деления против часовой стрелки. При этом в граничной зоне размещаются соответственно сегменты

С„, С, С, представляющие собой по- вернутые на 180 сегменты С „C

С . При этом расположение сегментов в граничной зоне в слоях имеет последовательность . с — c-с -с -с-с-с -c . ! 1 1 1 Ъ 1 Q. Ь

Затем осуществляется крепление. сегментов стяжными шпильками и установка полюсов в пазы сегментов.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в упрощении конструкции шихтованного обода ротора за счет применеНия меньшего числа (I)opM и уменьшения числа штампов для изготовления сегментов. Так при четном числе полюсов в сегменте, при сдвиге сегментов в слоях на целое число пазов количество штампов, необходимое для изготовления сегментов предлагаемого ротора вдвое меньше, чем известного (2). Кроме того, сокращается время на проектирование штампов, переналадку прессов при прессовке и ремонте штампов. формула изобретения

1. Ротор синхронной явнополюсной электрической машины с групповым сдви" гом полюсов, содержащий обод, шихтованный из сдвинутых относительно друг друга в каждом последующем слое, сегментов, имеющих пазы для закрепления полюсов, и выполненных с симметричным .и асимметричным расположением пазов относительно оси сегмента, одно из расстояний между пазами в сегментах с асимметричным расположением пазов, перекрывающих граничную зону между группами полюсов отличается на величину сдвига полюсных групп, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения технологичности изготовления, в гранич" ной зоне между группами полюсоврасположены сегменты, представляющие собой зеркальные отображения сегментов с асимметричным расположением пазов, образованные путем их поворота на 180о, сегменты с асимметричным расположением пазов и их зеркальные отображения размещены в разных слоях обода, причем количество видов сегментов обода определяется из соотношения

943991 где К - количество видов сегментов

Р - число полюсов в сегменте, коэффициент дробности в величине сдвига смежных слоев, равный знаменателю дробности. 5

2» Ротор поп. 1, отли ча†ю шийся тем, что, при сборке сегментов со сдвигом в каждом последующем слое в одном направлении сегменты размещены в граничной зоне меж-1в ду группами полюсов в последовательности по слоям

С-С,-С, -С ...С„-t." C — C< C.„„ — Ñ .

3. Ротор по и. l о т л и ч а - 15 ю шийся тем, что при сборке сегментов со сдвигом в части слоев в разных направлениях сегменты размещены в граничной зоне между группами полюсов в последовательности где C — сегменты с равномерным .расположением пазов, C„,С,C»...,С„- сегменты с асимметричным расположением пазов;

Ci,Ñ,С,...,Сп- сегменты с асимметричным расположением пазов, повернутые ". на 180

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 8 240 1304/24-07, кл. Н 03 К 1/24, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

N 813592, кл. Н 02 К 1/24, 1978.